Средства информационных и коммуникационных технологий

1.

4. Средства информационных
и коммуникационных
технологий
4.2 Состав персонального
компьютера

2.

Современный компьютер – это программно-аппаратный комплекс,
который состоит из аппаратной (hardware) и программной (software)
частей. Архитектура компьютера обычно определяется совокупностью
ее свойств, существенных для пользователя. Основное внимание при
этом уделяется структуре и функциональным возможностям
компьютера, которые можно разделить на основные и дополнительные.
Основные функции определяют его назначение: обработка и
хранение информации, обмен информацией с внешними объектами.
Дополнительные функции повышают эффективность выполнения
основных функций: обеспечивают эффективные режимы работы,
диалог с пользователем, высокую надежность и др.
Структура компьютера – это некоторая модель, устанавливающая
состав, порядок и принципы взаимодействия входящих в нее
компонентов.

3.

Достоинствами ПК являются:
относительно малая стоимость, находящаяся в пределах доступности
для индивидуального покупателя;
автономность эксплуатации без специальных требований к условиям
окружающей среды;
гибкость архитектуры, обеспечивающая ее адаптивность к
разнообразным применениям в сфере управления, науки, образования,
в быту;
«дружественность» операционной системы и прочего программного
обеспечения, позволяющая возможность работы с ней пользователя
без специальной профессиональной подготовки;
высокая надежность работы (более 5000 ч наработки на отказ).

4.

Типовой состав ПК представлен на рисунке.
(ИБП – источник бесперебойного питания).

5.

Состав и назначение основных блоков персонального компьютера.
Рассмотрим состав системного блока. Структурная схема
системного блока:

6.

Микропроцессор – это центральный узел в системном блоке ПК,
предназначенный для управления работой всех блоков компьютера и
для выполнения арифметических и логических операций над
информацией.
В состав микропроцессора входят:
устройство управления – формирует и подает во все блоки
компьютера в нужные моменты времени определенные сигналы
управления (управляющие импульсы), обусловленные спецификой
выполняемой операции и результатами предыдущих операций;
формирует адреса ячеек памяти, используемых выполняемой
операцией, и передает эти адреса в соответствующие блоки.
Опорную последовательность импульсов устройство управления
получает от генератора тактовых импульсов;
арифметико-логическое устройство – предназначено для выполнения
всех арифметических и логических операций над числовой и
символьной информацией;

7.

микропроцессорная
(регистровая)
память
–
память
кратковременного характера для записи и выдачи информации,
непосредственно используемой в вычислениях в ближайшие такты
работы машины. Регистры – быстродействующие ячейки памяти
различной длины (в отличие от ячеек основной памяти (оперативной),
имеющих стандартную длину 1 байт и более низкое
быстродействие);
интерфейсная система микропроцессора – реализует сопряжение и
связь с другими устройствами ПК; включает в себя внутренний
интерфейс микропроцессора, буферные запоминающие регистры и
схемы управления портами ввода (вывода) и системной шиной.
Интерфейс – совокупность средств сопряжения и связи устройств
компьютера, обеспечивающая их эффективное взаимодействие;
порт ввода (вывода) – аппаратура сопряжения, позволяющая
подключить к микропроцессору другое устройство ПК;

8.

генератор тактовых импульсов – генерирует последовательность
электрических импульсов; частота генерируемых импульсов
определяет тактовую частоту компьютера. Промежуток времени
между соседними импульсами определяет время одного такта.
Частота 140 генератора тактовых импульсов является одной из
основных характеристик ПК и во многом определяет скорость его
работы, ибо каждая операция в машине выполняется за определенное
число тактов;
системная шина – основная интерфейсная система компьютера,
обеспечивающая сопряжение и связь всех его устройств между собой.

9.

Системная шина включает в себя:
а) шину данных, содержащую провода и схемы сопряжения для
параллельной передачи всех разрядов числового кода (машинного слова)
операнда;
б) шину адреса, включающую в себя провода и схемы сопряжения
для параллельной передачи всех разрядов кода адреса ячейки основной
памяти или порта ввода (вывода) внешнего устройства;
в) шину управления, содержащую провода и схемы сопряжения
для передачи инструкций (управляющих сигналов, импульсов) во все
блоки;
г) шину питания, имеющую провода и схемы сопряжения для
подключения блоков персонального компьютера к системе
энергопитания.

10.

Все блоки, а точнее их порты ввода (вывода), через
соответствующие унифицированные разъемы – слоты, подключаются
к шине единообразно: непосредственно или через контроллеры –
адаптеры.
Управление
системной
шиной
осуществляется
микропроцессором либо непосредственно, либо, что чаще, через
дополнительную микросхему – контроллер шины, формирующую
основные сигналы управления. Обмен информацией между внешними
устройствами и системной шиной выполняется с использованием
ASCII- или ANSI-кодов.
Основная память предназначена для хранения и оперативного
обмена информацией с прочими блоками. Она содержит два вида
запоминающих устройств: постоянное и оперативное. Постоянное
запоминающее устройство служит для хранения неизменяемой
(постоянной) программной и справочной информации, позволяет
оперативно только считывать хранящуюся в нем информацию
(изменить информацию в ПЗУ нельзя).

11.

Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) предназначено для
оперативной записи, хранения и считывания информации (программ и
данных),
непосредственно
участвующей
в
информационновычислительном процессе, выполняемом персональным компьютером
в текущий период времени. Главными достоинствами оперативной
памяти являются ее высокое быстродействие и возможность обращения
к каждой ячейке памяти отдельно (прямой адресный доступ к ячейке).
В качестве особенности ОЗУ следует отметить невозможность
сохранения информации в ней после выключения питания компьютера
(энергозависимость). Все перечисленное конструктивно расположено в
системном блоке.
Источник питания – это блок, содержащий системы автономного и
сетевого энергопитания ПК.
Таймер – это внутримашинные электронные часы, обеспечивающие
при необходимости автоматический съем текущего момента времени
(год, месяц, часы, минуты, секунды и доли секунд). Таймер
подключается к автономному источнику питания – аккумулятору и
при отключении машины от сети продолжает работать.

12.

Внешние устройства (ВУ), или периферия, – это важнейшая
составная часть любого компьютера. По стоимости внешние
устройства могут составлять 50–80 % всего персонального компьютера.
От состава и характеристик внешних устройств во многом зависят
возможность и эффективность применения ПК в профессии.
Так, по назначению можно выделить следующие виды ВУ:
внешние запоминающие устройства, или внешняя память ПК;
диалоговые средства пользователя;
устройства ввода информации;
устройства вывода информации;
средства связи и телекоммуникации.

13.

Внешняя память относится к внешним устройствам ПК и
используется для долговременного хранения любой информации,
которая может когда-либо потребоваться для решения задач. В
частности, во внешней памяти хранится все ПО компьютера. Внешняя
память содержит разнообразные виды запоминающих устройств, но
наиболее распространенными, имеющимися практически на любом
компьютере, являются накопители на «жестких» магнитных дисках
(НЖМД). Назначение этих накопителей – хранение больших объемов
информации, запись и выдача хранимой информации по запросу в ОЗУ.
В качестве устройств внешней памяти используются также
запоминающие устройства на кассетной магнитной ленте (стримеры),
накопители на компакт-дисках (CD-ROM – это Compact Disk Read Only
Memory – компакт-диск только для чтения информации на нем) либо
пишущие CD-RW (Read-Write), а также флеш-память.

14.

Диалоговые средства пользователя включают в свой состав
видеомониторы (дисплеи), манипуляторы типа «мышь» и устройства
речевого ввода (вывода) информации.
Видеомонитор (дисплей) – устройство для отображения вводимой
и выводимой из ПК информации.
Устройства
речевого
ввода
(вывода)
относятся
к
быстроразвивающимся средствам мультимедиа.
Устройства речевого ввода – это различные микрофонные
акустические системы, «звуковые мыши», например со сложным ПО,
позволяющим распознавать произносимые человеком буквы и слова,
идентифицировать их и закодировать.

15.

Устройства звукового (речевого) вывода – это различные
синтезаторы звука (речи), выполняющие преобразования цифровых
кодов в буквы и слова, воспроизводимые через громкоговорители
(динамики) или звуковые колонки, подсоединенные к компьютеру.
К устройствам ввода информации относятся:
клавиатура – устройство для ручного ввода числовой, текстовой и
управляющей информации в ПК;
графические планшеты (дигитайзеры) – для ручного ввода
графической информации, изображений путем перемещения по
планшету специального указателя (пера); при перемещении пера
автоматически
выполняются
считывание
координат
его
местоположения и ввод этих координат в ПК;
сканеры (читающие автоматы) – для автоматического считывания с
бумажных носителей и ввода в ПК машинописных текстов, графиков,
рисунков, чертежей. В устройстве кодирования сканера в текстовом
режиме считанные символы после сравнения с эталонными контурами
специальными программами преобразуются в коды, а в графическом
режиме считанные графики и чертежи преобразуются в
последовательности двухмерных координат;

16.

манипуляторы (устройства указания): джойстик-рычаг, мышь,
трекбол в оправе, световое перо и др. – для ввода графической
информации на экран монитора путем управления движением курсора
по экрану с последующим кодированием координат курсора и вводом
их в ПК;
сенсорные экраны – для ввода отдельных элементов изображения,
программ или команд с экрана дисплея в ПК.
К устройствам вывода информации относятся:
принтеры – печатающие устройства для вывода информации на
бумажный носитель, по своим конструкциям разделяются на
матричные, струйные и лазерные;

17.

графопостроители (плоттеры) – для вывода графической информации
(графиков, чертежей, рисунков) из ПК на бумажный носитель;
плоттеры бывают векторные с вычерчиванием изображения с
помощью пера и растровые: термографические, электростатические,
струйные и лазерные. По конструкции плоттеры подразделяются на
планшетные и барабанные. Основные характеристики всех плоттеров
примерно одинаковые: скорость вычерчивания 100 – 1000 мм/с, у
лучших моделей возможны цветное изображение и передача
полутонов; наибольшая разрешающая способность и четкость
изображения у лазерных плоттеров, но они и самые дорогие.
Средства связи и телекоммуникации предназначены для связи с
приборами и другими средствами автоматизации (согласователи
интерфейсов, адаптеры, цифроаналоговые и аналого-цифровые
преобразователи и т.п.) и для подключения ПК к каналам связи, к
другим компьютерам и компьютерным сетям (сетевые интерфейсные
платы, сетевые адаптеры, «стыки», мультиплексоры передачи данных,
модемы).

18.

В глобальных сетях функции сетевого адаптера выполняет
модулятор-демодулятор – модем. Многие из названных выше устройств
относятся к условно выделенной группе – средствам мультимедиа.
Средства мультимедиа (multimedia) – это комплекс аппаратных и
программных средств, позволяющих человеку общаться с
компьютером, используя самые разные, естественные для себя среды:
звук, видео, графику, тексты, анимацию и др.
К средствам мультимедиа относятся устройства речевого ввода и
вывода информации; широко распространенные уже сейчас сканеры
(поскольку они позволяют автоматически вводить в компьютер
печатные тексты и рисунки); высококачественные видео- (video-) и
звуковые (sound-) платы, платы видеозахвата (videograbber),
снимающие изображение с видеомагнитофона или видеокамеры и
вводящие его в ПК; высококачественные акустические и
видеовоспроизводящие системы с усилителями, звуковыми колонками,
большими видеоэкранами. Но, пожалуй, еще с большим основанием к
средствам мультимедиа относят оптические диски, часто используемые
для записи звуковой и видеоинформации – компакт-диски.

19.

Учитывая большую емкость CD (от 650 Мбайт до 4 Гбайт и более),
высокую надежность и долговечность, стоимость хранения
информации на CD для пользователя оказывается несравнимо
меньшей, нежели на магнитных дисках. Это уже привело к тому, что
большинство программных средств самого разного назначения
поставляется на CD. На компакт-дисках организуются обширные БД,
целые библиотеки; на CD представлены словари, справочники,
энциклопедии; обучающие и развивающие программы. В чисто
бытовом аспекте CD можно использовать для хранения аудио- и
видеозаписей, т. е. вместо плеерных аудио- и видеокассет. Следует
упомянуть, конечно, и о большом количестве программ компьютерных
игр, хранимых на CD.
Мультимедийные проекторы обеспечивают проекцию на большой
экран «картинки» с монитора и могут подключаться либо вместо
монитора, либо параллельно с ним.

20.

К системной шине и микропроцессору ПК наряду с типовыми
внешними устройствами могут быть подключены и некоторые
дополнительные платы с интегральными микросхемами, расширяющие
и улучшающие функциональные возможности микропроцессора:
контроллер прямого доступа к памяти, сопроцессор ввода (вывода),
контроллер прерываний и др.
Контроллер
прямого
доступа
к
памяти
освобождает
микропроцессор от прямого управления накопителями на магнитных
дисках, что существенно повышает эффективное быстродействие ПК.
Без этого контроллера обмен данными между внешним и оперативным
запоминающими устройствами осуществляется через регистр
микропроцессора, а при его наличии данные непосредственно
передаются между внешним и оперативным запоминающими
устройствами, минуя микропроцессор.

21.

Сопроцессор ввода (вывода) за счет параллельной работы с
микропроцессором значительно ускоряет выполнение процедур ввода
(вывода) при обслуживании нескольких внешних устройств (дисплей,
принтер, накопители на «жестких» и «гибких» магнитных дисках и
др.); освобождает микропроцессор от обработки процедур ввода
(вывода), в том числе реализует и режим прямого доступа к памяти.
Важнейшую роль играет в ПК контроллер прерываний. Прерывание –
временный останов выполнения одной программы в целях
оперативного выполнения другой, более важной (приоритетной)
программы.
Прерывания возникают при работе компьютера постоянно.
Достаточно сказать, что все процедуры ввода (вывода) информации
выполняются по прерываниям, например, прерывания от таймера
возникают и обслуживаются контроллером прерываний 18 раз в
секунду (естественно, пользователь их не замечает).

22.

Контроллер прерываний обслуживает процедуры прерывания,
принимает запрос на прерывание от внешних устройств, определяет
уровень приоритета этого запроса и выдает сигнал прерывания в
микропроцессор.
Получив
этот
сигнал,
микропроцессор
приостанавливает выполнение текущей программы и переходит к
выполнению специальной программы обслуживания того прерывания,
которое запросило внешнее устройство. После завершения программы
обслуживания восстанавливается выполнение прерванной программы.
Как видно из структурной схемы системного блока, современный
компьютер строится по магистрально-модульному принципу, т.е. к
имеющимся магистралям (шинам) можно присоединять через
соответствующие устройства (адаптеры, контроллеры) самые
разнообразные разноскоростные устройства (модули). С учетом этого
говорят об открытой архитектуре современного ПК. Открытая
архитектура позволяет не только подключать новые устройства, но и
модифицировать имеющиеся, наращивать объем оперативной памяти,
менять микропроцессор и оперативную память на более
производительные и т.д.

23.

Очень важен принцип программного управления компьютером. Он
заключается в том, что компьютер работает под управлением программ,
представляющих собой последовательность команд (инструкций,
операций), каждая из которых «понятна» компьютеру и трактуется им
однозначно. В современных компьютерах и программа, и данные,
которые обрабатываются ею, находятся в одной оперативной памяти.
Этот принцип восходит к самым первым ЭВМ и называется
неймановским принципом по имени американского ученого Джона фон
Неймана, сформулировавшего его.
Мы уже вступили в эпоху цифрового мира – цифровые телевизоры,
мобильные телефоны, музыкальные инструменты, видеокамеры – все
это совместимо с современными компьютерами и создает некое единое
цифровое пространство.
Применение цифровых технологий и соответствующих цифровых
устройств в сочетании со специальным ПО позволяет создавать
комплексные проекты, включающие в себя программы, рисунки, звук,
кино- и видеоизображения, всевозможные звуковые и видеоэффекты,
не только для компьютеров, но и в производстве
телевизионной, кинопродукции.